Un amplificatore operazionale (abbreviato in op-amp) è un amplificatore di tensione ad alto guadagno, con ingresso in modalità differenziale, ad accoppiamento diretto e tipicamente con uscita single-ended. Può generare un potenziale di uscita (rispetto a terra) centinaia di migliaia di volte maggiore della differenza di potenziale in ingresso. Il suo nome deriva dal fatto che inizialmente veniva utilizzato principalmente in circuiti di elaborazione analogici, come quelli per operazioni di addizione e sottrazione.

Principio di funzionamento dell'amplificatore operazionale

L'ingresso differenziale di un amplificatore operazionale include una tensione di ingresso non invertente e una tensione di ingresso invertente. Un amplificatore operazionale ideale amplifica solo la differenza tra le due tensioni, chiamata tensione di ingresso di modo differenziale. La tensione di uscita dell'amplificatore operazionale è data dalla seguente formula:

Vout = (V+ - V-) * Ado

dove Ado è il guadagno differenziale a circuito aperto dell'amplificatore operazionale.

Amplificatore operazionale ideale

Un amplificatore operazionale ideale solitamente presenta le seguenti caratteristiche:

1. Guadagno a circuito aperto infinito (Ado = +∞): una proprietà importante di un amplificatore operazionale ideale è che nello stato a circuito aperto, il segnale differenziale in ingresso ha un guadagno di tensione infinitamente grande, il che rende l'amplificatore operazionale molto adatto per aggiungere una configurazione a feedback negativo in applicazioni pratiche.

2. Impedenza di ingresso infinita (Zin/Rin = ∞): i terminali di ingresso di un amplificatore operazionale ideale non consentono il passaggio di alcuna corrente, ovvero i segnali di corrente ai terminali V+ e V- sono sempre zero, il che significa che l'impedenza di ingresso è infinita.

3. Tensione di offset di ingresso zero

4. Larghezza di banda infinita (BW = ∞) con sfasamento pari a zero e velocità di variazione infinita: un amplificatore operazionale ideale amplificherà i segnali di ingresso di qualsiasi frequenza con lo stesso guadagno differenziale, senza modifiche dovute alla variazione della frequenza del segnale.

5. Impedenza di uscita nulla (Zout/Rout = 0): il terminale di uscita di un amplificatore operazionale ideale è un generatore di tensione perfetto. Indipendentemente da come varia la corrente che fluisce al carico dell'amplificatore, la tensione di uscita dell'amplificatore rimane costante, ovvero l'impedenza di uscita è zero.

6. Zero rumore

7. Rapporto di reiezione di modo comune infinito (CMRR = ∞): un amplificatore operazionale ideale può rispondere solo alla differenza di tensione tra i terminali V+ e V-, ovvero amplifica solo la parte (V+ - V-). La parte comune dei due segnali di ingresso (ovvero il segnale di modo comune) viene completamente ignorata.

8. Rapporto di reiezione dell'alimentazione infinita

Tutte queste idealizzazioni non possono essere pienamente realizzate. Resistori e condensatori equivalenti possono essere utilizzati nel modello di amplificatore operazionale per simulare i parametri non infiniti o non nulli di un amplificatore operazionale reale. In questo modo, i progettisti possono tenere conto di queste influenze nelle prestazioni complessive del circuito finale. L'impatto di alcuni parametri sul progetto finale può essere trascurabile, ma altri parametri che effettivamente limitano le prestazioni finali devono essere calcolati.

Progetti di applicazioni comuni

(1) Amplificatore a circuito chiuso invertente

La figura sopra mostra il circuito di un amplificatore invertente a circuito chiuso. Supponendo che questo amplificatore a circuito chiuso utilizzi un amplificatore operazionale ideale, a causa del suo guadagno a circuito aperto infinito, i due terminali di ingresso dell'amplificatore operazionale sono a massa virtuale. Inoltre, poiché l'impedenza di ingresso è infinita, la corrente da Vin a V- è uguale alla corrente da V- a Vout, quindi:

(2) Amplificatore a circuito chiuso non invertente

La figura sopra mostra il circuito di un amplificatore a circuito chiuso non invertente. La retroazione negativa determina il guadagno a circuito chiuso Acl=Vout/Vin attraverso i resistori del partitore di tensione Rf e Rg. Il bilanciamento si stabilisce quando Vout è appena sufficiente a rendere la tensione al terminale invertente uguale a Vin. Pertanto, il guadagno di tensione dell'intero circuito è 1 + Rf/Rg. La formula della tensione di uscita è:

(3) Vipera

La figura sopra mostra un circuito sommatore. Nelle condizioni di un amplificatore operazionale ideale, poiché l'impedenza di ingresso è infinita, la corrente attraverso R1 è uguale alla corrente attraverso R2 e, analogamente, la corrente attraverso R3 è uguale alla corrente attraverso R4. Quindi:

(V1-V+)/R1=(V+-V2)/R2

(Vout-V-)/R3=V_/R4

Inoltre a causa del cortocircuito virtuale, c'è: V+=V_

Quindi si può dedurre che: Vout=V1+V2

(4) Circuito integratore

La figura sopra mostra un circuito integratore. Nelle condizioni di un amplificatore operazionale ideale, il guadagno a circuito aperto è infinito, la tensione al terminale di ingresso invertente è uguale a quella al terminale non invertente e, poiché l'impedenza di ingresso è infinita, la corrente attraverso R1 è uguale alla corrente attraverso C1.

La corrente che passa attraverso R1 i=V?/R?

La corrente che passa attraverso C1 i=C·dU./dt

Quindi Vout =((-1/(R?·C?)·fV?dt

La tensione di uscita è proporzionale all'integrale della tensione di ingresso nel tempo, motivo per cui viene chiamato circuito integratore.

(5) Circuito differenziatore

La figura sopra mostra un circuito differenziatore. Nelle condizioni di un amplificatore operazionale ideale, il guadagno ad anello aperto è infinito, la tensione al terminale di ingresso invertente è uguale a quella al terminale non invertente e, poiché l'impedenza di ingresso è infinita, la corrente attraverso R1 è uguale alla corrente attraverso C1.

Se V1 è una tensione continua applicata improvvisamente, l'uscita Vout corrisponde a un impulso nella direzione opposta a V1.

Amplificatore operazionale generale Slkor SL8634XS14 SOP-14

Chi siamo SLKOR:

SLKOR, con sede a Shenzhen, in Cina, è un'impresa nazionale high-tech in rapida crescita nel settore dei semiconduttori di potenza. Con centri di ricerca e sviluppo a Pechino e Suzhou, il suo team tecnico principale proviene dall'Università Tsinghua. In qualità di innovatore nella tecnologia dei dispositivi di potenza in carburo di silicio (SiC), SLKORI prodotti sono ampiamente utilizzati nei veicoli a nuova energia, nella produzione di energia fotovoltaica, nell'IoT industriale e nell'elettronica di consumo, fornendo soluzioni di semiconduttori essenziali a oltre 10,000 clienti in tutto il mondo.

L'azienda fornisce più di 2 miliardi di unità all'anno e i suoi MOSFET SiC e i diodi SBD a recupero ultrarapido di quinta generazione stabiliscono parametri di riferimento del settore in termini di rapporto di efficienza e stabilità termica. SLKOR Detiene oltre 100 brevetti d'invenzione e offre oltre 2,000 modelli di prodotto, ampliando costantemente il proprio portfolio di proprietà intellettuale in dispositivi di potenza, sensori e circuiti integrati per la gestione dell'alimentazione. Certificazioni come ISO 9001, RoHS/REACH UE e conformità CP65 dimostrano il costante impegno dell'azienda per l'innovazione tecnologica, la produzione snella e lo sviluppo sostenibile.